Trattamento Innovativo delle Acque Reflue con Algh e Lievito

Ogni giorno, case e industrie rilasciano acque reflue che contengono composti dannosi come carbonio, azoto e Fosforo. Queste sostanze possono causare un problema chiamato eutrofizzazione in corpi idrici come oceani e laghi. L'eutrofizzazione può disturbare l'equilibrio naturale di questi ecosistemi e portare a inquinamento. Per prevenire tutto ciò, è fondamentale rimuovere questi nutrienti nocivi dalle acque reflue.

#Metodi di Trattamento delle Acque Reflue

Un metodo comune per trattare le acque reflue è il processo del fango attivato. In questo metodo, microorganismi microscopici scompongono la materia organica nell'acqua. Tuttavia, questo processo richiede molta ossigeno, il che significa che consuma un sacco di elettricità per l'aerazione. Infatti, l'aerazione può rappresentare il 60% all'80% dell'energia totale utilizzata in questo tipo di trattamento. Non solo, ma il metodo del fango attivato non rimuove efficacemente azoto e fosforo, quindi spesso sono necessari ulteriori trattamenti.

Recentemente, c'è stato interesse nell'uso delle Microalghe per il trattamento delle acque reflue. Le microalghe possono effettuare la fotosintesi, il che significa che non hanno bisogno di aerazione come i metodi convenzionali. Hanno anche una migliore capacità di rimuovere azoto e fosforo rispetto ai normali microorganismi. Ad esempio, un tipo di alga verde, Chlamydomonas reinhardtii, ha mostrato risultati impressionanti nella rimozione di vari nutrienti dalle acque reflue utilizzate negli stabilimenti di olio di palma. È riuscita a rimuovere tutto l'ammonio e il nitrato, insieme a quantità significative di fosfato e materia organica.

Tuttavia, le microalghe tendono a crescere più lentamente di altri microorganismi in situazioni con bassi livelli di anidride carbonica. Per stimolare la loro crescita, i ricercatori hanno iniziato a sperimentare la co-coltivazione delle microalghe insieme a microorganismi eterotrofi, che possono aiutare a migliorare la loro efficienza senza bisogno di alti livelli di anidride carbonica. Studi precedenti hanno indicato che combinare diversi tipi di microorganismi può portare a migliori tassi di crescita e rimozione dei nutrienti.

#Obiettivo della Ricerca

In questo studio, il nostro obiettivo era trovare la migliore combinazione di microalghe e microorganismi eterotrofi per massimizzare l'efficienza del trattamento delle acque reflue. Abbiamo testato tre diversi tipi di microalghe e cinque tipi di microorganismi eterotrofi, cercando di determinare quale combinazione funzionasse meglio. Dopo aver trovato la migliore combinazione, abbiamo ulteriormente trattato acque reflue con alti livelli di carbonio, azoto e fosforo per valutare quanto fosse efficace questa combinazione. Inoltre, abbiamo analizzato le variazioni nell'espressione genica per capire cosa stesse succedendo a livello biologico.

#Trovare la Migliore Combinazione

Per cominciare, abbiamo testato varie combinazioni di microalghe e microorganismi eterotrofi in acque reflue artificiali. Abbiamo misurato quanto bene queste combinazioni rimuovessero carbonio organico totale (TOC), fosforo e ammonio dall'acqua.

Tra le microalghe testate, C. vulgaris NIES-1269 aveva il tasso di rimozione del TOC più alto quando usata da sola. Focalizzandoci sui microorganismi eterotrofi, S. cerevisiae SH-4 ha avuto il miglior tasso di rimozione. Quando abbiamo combinato tutti e tre i tipi di microalghe con S. cerevisiae SH-4, i risultati sono stati promettenti. Questa combinazione ha portato a un tasso di rimozione del TOC significativamente alto.

Lo studio ha mostrato che quando C. reinhardtii NIES-2238 e S. cerevisiae SH-4 sono stati abbinati, hanno ottenuto le migliori prestazioni complessive nella rimozione di TOC, fosforo e ammonio dalle acque reflue.

#Prestazioni in Acque Reflue ad Alta Concentrazione

Una volta identificata la migliore combinazione, abbiamo effettuato un test più intenso usando acque reflue con livelli aumentati di TOC, fosforo e ammonio. Con la combinazione di C. reinhardtii NIES-2238 e S. cerevisiae SH-4, abbiamo trovato che il TOC è sceso dell'80%, la rimozione del fosforo ha raggiunto circa il 93%, e la rimozione dell'ammonio era intorno al 63%. Questa combinazione si è dimostrata efficace anche con concentrazioni più alte di tossine.

#Analisi dei Cambiamenti Genetici

Dopo aver effettuato il trattamento delle acque reflue, abbiamo esaminato i cambiamenti genetici che si sono verificati nei microorganismi. Esaminando l'espressione genica, siamo riusciti a identificare quali geni erano diventati più o meno attivi durante il processo di trattamento.

In C. reinhardtii NIES-2238, molti geni legati al trasporto di nutrienti erano in aumento. Questo significa che le alghe sono diventate più efficienti nell'assorbire fosforo e ammonio, il che ha probabilmente contribuito a migliori tassi di rimozione per questi nutrienti. Al contrario, alcuni geni legati alla fotosintesi erano diminuiti, probabilmente a causa della competizione e della disponibilità di luce nell'ambiente misto.

In S. cerevisiae SH-4, i geni relativi agli organelli erano più attivi, specialmente quelli legati ai mitocondri, che sono cruciali per produrre energia nelle cellule. Questo suggerisce che il lievito è stato meglio preparato ad affrontare lo stress, che può essere un problema comune nelle situazioni di trattamento delle acque reflue.

#Implicazioni per il Trattamento delle Acque Reflue

I risultati di questo studio sono significativi perché suggeriscono che combinando C. reinhardtii e S. cerevisiae si può migliorare l'efficienza del trattamento delle acque reflue. Entrambi questi organismi sono considerati sicuri, evidenziando il loro potenziale per l'uso in applicazioni reali. I risultati indicano che questo metodo combinato potrebbe rappresentare una nuova alternativa ai tradizionali processi del fango attivato.

Non solo il trattamento combinato ha portato a una rimozione efficace dei composti dannosi, ma la ricerca ha anche fornito spunti sui meccanismi biologici in gioco. Comprendere come interagiscono e si influenzano a vicenda i diversi microorganismi può aiutare a migliorare i futuri metodi di trattamento delle acque reflue.

#Direzioni per la Ricerca Futura

Sebbene i risultati dello studio siano stati promettenti, è essenziale ricordare che le acque reflue urbane reali possono variare ampiamente nella composizione in base a diversi fattori ambientali e stagionali. La futura ricerca dovrebbe concentrarsi sul testare la combinazione stabilita con acque reflue reali e concentrazioni variabili di sostanze nocive.

Inoltre, va chiarito l'impatto delle condizioni di luce sull'efficienza della rimozione dei nutrienti. Nel nostro studio, alcune attività fotosintetiche sono state soppressa a causa della competizione con microorganismi eterotrofi, eppure questo non ha danneggiato i tassi di rimozione dei nutrienti. Esplorare le condizioni di luce ottimali potrebbe ulteriormente migliorare l'efficacia di questo metodo di trattamento.

#Conclusione

In sintesi, questa ricerca ha identificato con successo una combinazione efficace di alghe verdi e lievito per il trattamento delle acque reflue. L'abbinamento di C. reinhardtii e S. cerevisiae non solo ha migliorato i tassi di rimozione dei nutrienti dannosi, ma ha anche fornito importanti spunti sui processi biologici sottostanti. Con l'aumento della necessità di metodi efficaci di trattamento delle acque reflue, questo approccio potrebbe offrire una soluzione più sicura e sostenibile. Attraverso la continua ricerca e sviluppo, potremmo perfezionare ulteriormente e applicare questi risultati in scenari reali, a beneficio dell'ambiente e della salute pubblica.